STUDI PEMBUATAN KOMPOSIT POLIMER LOW DENSITY
POLYETHYLENE (LDPE)
DENGAN FILLER SERAT
DAUN NENAS (ANANAS COMOSUS)
Oleh :
Imron Marbun NIM 4103240012 Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
iv
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala kasih dan karunia-Nya yang telah memberikan kesehatan dan kekuatan kepada penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan dengan baik. Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan. Adapun
judul skripsi ini adalah “Studi Pembuatan Komposit Polimer Low Density
Polyethylene ( LDPE ) Dengan Filler Serat Daun Nenas (Ananas Comosus)”.
Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu menyelesaikan skripsi ini, mulai dari pengajuan proposal penelitian, pelaksanaan sampai penyusunan skripsi, antara lain Ketua Prodi Fisika Universitas Negeri Medan Bapak Drs. Henok Siagian, M.Si selaku Dosen Pembimbing Skripsi, yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran-saran kepada penulis sejak awal penelitian sampai dengan selesainya penulisan skripsi ini. Bapak Drs. Usler Simarmata M.Si selaku Dosen Penguji I, Bapak Drs. Abdul Hakim, M.Si selaku Dosen Penguji II dan Ibu Maryati DolokSaribu, M.Si selaku Dosen Penguji III, yang telah memberikan kritikan dan masukan demi penyempurnaan skripsi ini. Bapak Drs. Rahmatsyah, M.Si, selaku Dosen Pembimbing Akademik yang memberikan bimbingan dan nasehat selama masa perkuliahan dan telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini. Penghargaan juga diberikan kepada Bapak DR.Yugia Muis M,Si selaku Kepala Laboratorium Kimia Polimer USU yang telah memberikan kesempatan dan saran-saran untuk melakukan penelitian di Laboratorium Kimia Polimer, Bapak Sunardi dan Bapak Zulfikar selaku teknisi Laboratorium Teknik Mesin USU yang telah banyak memberikan bimbingan dan saran selama penelitian berlangsung. Ucapan terima kasih dan teristimewa penulis sampaikan kepada kedua orang tua tersayang Robert Marbun dan Ibunda Nuryatim Anakampun yang
v
,Martin Marbun, Kevin Marbun yang tiada henti memberikan doa, motivasi dan semangat kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada seluruh teman-teman Fisika Nondik 2010 yang telah membantu penulis dalam melakukan penelitian, memberikan motivasi dan saran.
Penulis telah berupaya dengan semaksimal mungkin dalam meyelesaikan skripsi ini, namun penulis menyadari masih banyak kelemahan baik dari segi isi maupun tata bahasa dan penulisan, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca demi sempurnanya skripsi ini
(marbunbanjarnahor@gmail.com). Akhir kata penulis ucapkan banyak terima kasih, semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Juli 2014
iii
STUDI PEMBUATAN KOMPOSIT POLIMER LOW DENSITY POLYETHYLENE (LDPE) DENGAN FILLER SERAT
DAUN NENAS (ANANAS COMOSUS) Imron Marbun ( 4103240012)
ABSTRAK
Telah dilakukan studi pembuatan komposit polimer LDPE (Low Density PolyEthilen) dan serat daun nenas dengan campuran aspal dan pasir. Penelitian ini
bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi komposisi serat daun nenas dan pengurangan pasir terhadap karakteristik komposit polimer. Sampel dibuat dengan komposisi LDPE, aspal yang digunakan tetap, yaitu 25%, 10% dari massa total sampel, sedangkan persentase komposisi pasir dan serat daun nenas divariasikan dengan perbandingan; (65:0), (64:1), (63:2), (62:3), (61:4) dan (60:5). Karakterisasi yang dilakukan meliputi pengujian kerapatan massa, uji lentur, uji
impak, dan uji DTA. Karakteristik maksimum diperoleh pada komposisi
(25:10:65:0) dengan nilai kerapatan 1280 kg/m3, kekuatan lentur 6,16 MPa,
kekuatan impak 20,55 kJ/m2, Nilai puncak endoterm dan eksoterm masing-masing
yaitu 1100C dan 4680C. Penambahan serat daun nenas dapat menurunkan sifat fisisnya namun dapat meningkatkan sifat mekanik dan termalnya.
x
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1. Pertimbangan Pemilihan Komposit 13
Tabel 2.2. Karakteristik Polietilen 16
Tabel 2.3. Karakteristik LDPE dan sifat fisika,kimia 17 Tabel 2.4. Data jenis pengujian dan persyaratan Aspal Tipe 60/70 22 Tabel 2.5. Komposisi kimia serat daun nenas 26
Tabel 3.1. Komposisi Bahan 36
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Fibrous Composits 7
Gambar 2.2. Komosit laminat 7
Gambar 2.3. Orientasi Serat 11
Gambar 2.4 Bentuk Serat daun nenas 12
Gambar 2.5 Polimerisasi Etilena 15
Gambar 2.6 Struktur Kimia Aspal 18
Gambar 2.7 Foto Mikroskopis Penampang daun nanas 26
Gambar 2.8 Struktur Kimia Xylen 27
Gambar 2.9 Mesin Uji lentur 32
Gambar 2.10 Pengujian impak dengan benda uji charpy 33
Gambar 2.11 Kurva DTA 35
Gambar 3.1. Cara Uji lentur Untuk komposit polimer 39
Gambar 3.2. Kurva Termogram DTA 41
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 : Surat Izin persetujuan dosen PS 59 Lampiran 2 : Surat izin penelitian dan keterangan 60
Lampiran 3 : Perhitungan pengujian 64
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Seiring dengan peningkatan jumlah populasi penduduk kebutuhan akan rumah juga meningkat. Rumah sebagai tempat tinggal merupakan kebutuhan primer setelah makanan dan pakaian. Secara fisik rumah di Indonesia memiliki bagian dinding, atap, pintu, jendela, dan lantai yang didesain sesuai iklim di
negara tropis. Adanya dua musim yakni penghujan dan kemarau mengharuskan bentuk atap yang tahan terhadap kedua cuaca tersebut. Di Indonesia atap rumah kebanyakan terbuat dari genteng tanah. Material ini selain tahan terhadap cuaca, juga ringan, kuat dan lebih ekonomis dalam perawatan. (Aryadi, Y., 2010)
Permintaaan genteng semakin meningkat seiring dengan pembangunan yang pesat. Bahan genteng yang digunakan pun sudah sangat bervariasi, mulai dari genteng tanah, seng, genteng berbahan keramik, genteng beton dan lain – lain. Khusus untuk genteng polimer, pemakaiannya saat ini sedang berkembang karena sangat fleksibel dan mudah dipasang serta ringan. Di Indonesia, khususnya di Sumatera Utara pemakaian genteng polimer ini masih terbatas dikarenakan harga yang relative mahal dan masih merupakan barang impor. Dalam perkembangan industri dibutuhkan material yang memiliki sifat-sifat istimewa seperti logam. Material komposit polimer merupakan salah satu material alternative pengganti logam yang memikili banyak keunggulan, diantaranya memiliki sifat mekanik yang baik, memiliki massa jenis yang lebih rendah, tidak mudah korosi, bahan baku yang mudah didapat, harga yang relatif murah, memiliki sifat isolator panas dan suara, serta dapat dijadikan sebagai penghambat listrik yang baik (Widodo, 2008) .
Komposit berbasis polimer merupakan suatu alternatif yang kita kenal selama ini, dibuat dengan matriks dan pengisi (filler) dari bahan sintetis atau
2
komposit polimer mempunyai beberapa keunggulan seperti ringan, kuat, ekonomis dan estetis serta menggunakan bahan alam yang berlimpah sebagai bahan pengisi. Keuntungan dari komposit polimer yaitu ramah lingkungan, tahan lama, pemeliharaanya mudah dan fleksibel.
Jenis plastik yang popular dan banyak diproduksi yaitu, polietilena (PE), polietilena kerapatan rendah ( Low Density Polyethylene) LDPE, polipropilena (PP) dan asoi. LDPE termasuk salah satu jenis bahan polimer yang memiliki berat jenis (0,93 g/cm3), Titik leleh 124oC, Kapasitas Panas 1,916 ( kj kg-1K-1kadar air
yang rendah (0,01%) tegangan tarik 15,2 N/mm2, perpanjangan 100% .
Salah satu cara untuk membuat polimer sintetik seperti polietilen dapat terdegradasi adalah dengan membuatnya menjadi suatu komposit polimer dengan polietilen jenis Low density poliethylen (LDPE) sebagai matriks dan polimer alam
sebagai filler yang berfungsi untuk meningkatkan sifat fisik material dan untuk mengurangi biaya komponen, mempercepat proses pencetakan dan meningkatkan konduktivitas termal polimer serta untuk meningkatkan kepadatan dan kekuatan polimer, meningkatkan modulus dan kekerasan polimer (Ni’mah, dkk, 2009). Umumnya komposit polimer yang ada di pasaran terbuat dari aspal, serat kaca, granules dan material lainnya. Menurut Christiani. E, 2008, penggunaan serat kaca sebagai bahan penyusun dinilai kurang ramah terhadap lingkungan karena sifatnya yang sukar terdegradasi secara alami
Potensi nenas (Ananas comusus L. Merr.) ditinjau dari produksinya merupakan salah satu dari tiga buah terpenting dari daerah tropika. Indonesia termasuk produsen nanas terbesar ke-5 di dunia setelah Brazil, Thailand, Filipina, dan Cina. Namun ditinjau dari perannya dalam ekspor dunia, Indonesia masih berada pada urutan ke-19 dengan pangsa hanya 0.47%. Hal ini merupakan hal yang kurang menggembirakan karena Indonesia memiliki potensi agroklimat dan luasan lahan yang tersedia sangat memadai untuk pengembangan nanas. Oleh karena itu, guna meningkatkan nilai jual tumbuhan nanas perlu pemanfatan
3
Untuk mendapatkan komposit polimer yang berkualitas, maka didalam pembuatan komposit polimer memerlukan bahan adhesive atau bahan perekat yang berfungsi untuk mengikat material dari campuran bahan-bahan untuk pembuatan komposit polimer seperti perekat aspal yang merupakan senyawa hidrokarbon yang terbuat dari bahan sisa minyak bumi.
Aspal merupakan material yang berbentuk padat, agak padat dan bersifat termoplastis pada suhu ruangan. Sehingga aspal akan mencair jika dipanaskan pada suhu tertentu dan akan membeku jika suhu turun. Apabila aspal dicampurkan
dengan agregat seperti pasir, maka aspal dapat digunakan untuk pembangunan perkerasan jalan. Dimana masing-masing komponen memiliki struktur dan komposisi kimia yang berbeda, dan sangat menentukan dalam sifat rheologi bitumen. Aspal merupakan senyawa yang kompleks, bahan utamanya disusun oleh hidrokarbon dan atom-atom N, S, dan O dalam jumlah yang kecil, juga beberapa logam seperti Vanadium, Ni, fe, Ca dalam bentuk garam organik dan oksidanya. Dimana unsur-unsur yang terkandung dalam bitumen adalah Karbon (82-88%), Hidrogen (8-11%), Sulfur 6%), Oksigen 1,5%), dan Nitrogen (0-1%). (Suryati, 2012).
Penelitian terdahulu / terkait dengan penelitian ini, seperti yang dilakukan oleh Neni Juli Astuti komposisi pasir dan serat nanas divariasikan dengan perbandingan (80%:0%), (79%:1%), (78%:2%), (77%:3%), (76%:4%) dan (75%:5%). Dari hasil penelitian untuk kerapatan menurun dari 1870 kg/m3 menjadi 1840,75 kg/m3, sedangkan untuk daya serap air dari 0,43% menjadi 0,87%. Penggunaan serat nanas 1% sampai 4% dapat memperbaiki sifat mekanik genteng. Kekuatan tarik dari 8,32 kgf/ cm2 sampai 118,40 kgf/cm2, kuat lentur 3,14 MPa sampai 10,51 MPa, kuat impak 1,47 kJ/m2 sampai 26,27 kJ/m2. Karakteristik optimal diperoleh pada komposisi 4% serat nanas,
Erna yaitu pembuatan genteng komposit polimer limbah LDPE dengan serat sabut kelapa dan pasir dengan perbandingan (65:0), (64:1), (63: 2), (62:3),
4
Vinniwati yaitu pembuatan komposit polimer menggunakan Low density polyethylene ( LDPE )bekas dalam campuran PE-g-MA dan serat daun nenas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa campuran yang bagus sesuai dengan percobaan adalah berupa campuran LDPE bekas,PE-g-MA dan Serat dengan perbandingan 95:5 gr serta tambahan 2,5 % a resin PE-g-MA sebagai perekat.
Dari uraian diatas, maka peneliti tertarik melakukan penelitian yaitu Pembuatan komposit polimer LDPE dicampur dengan pasir dan serat nanas yang terlebih dahulu direndam dengan NaOH dan bahan perekat aspal. Sehingga
peneliti memilih judul : Studi Pembuatan Komposit Polimer Low Density Polyethylene ( LDPE ) Dengan Filler Serat Daun Nenas (Ananas Comosus)
1.2. Batasan Masalah
Dalam penelitian ini batasan masalah yang dibahas meliputi:
1. Bahan yang digunakan dalam campuran pembuatan komposit polimer adalah aspal Iran 60/70 dan LDPE sebagai matriks dengan agregat pasir dan serat daun nenas sebagai pengisi
2. Komposisi komposit polimer yang terdiri dari campuran pasir, aspal LDPE dan serat nenas (60:10:30:0)gr, (59:10:30:1)gr, (58:10:30:2)gr, (57:10:30:3)gr, (56:10:30:4)gr, (55:10:30:5)gr.
3. Pengujian mekanik yang meliputi uji lentur, dan uji impak (pukul). Pengujian fisis yang meliputi kerapatan massa dan pengujian termal yang meliputi pengujian DTA komposit polimer.
1.3. Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang dibahas dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana pengaruh variasi komposisi pasir, aspal, LDPE dan serat nenas terhadap karakteristik komposit polimer?
2. Bagaimana hasil pengujian mekanik, fisis, termal pada campuran
bahan komposit polimer tersebut.
5
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui pengaruh variasi Pasir dan Serat Daun nanas terhadap karakteristik komposit polimer.
2. Mengetahui hasil pengujian mekanik, fisis dan termal campuran bahan tersebut.
3. Mengetahui pengaruh perlakuan alakali NaOH 5% pada saat perendaman serat pada pengujian fisis,mekanik,dan termal komposit
polimer.
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat dilakukannya penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Hasil dari penelitian ini dapat dijadikan informasi bahwa LDPE dan Serat nanas dapat dimanfaatkan sebagai campuran dalam pembuatan komposit polimer
2. Mampu menghasilkan suatu bahan komposit polimer yang sifat kompatibilitasnya sesuai dengan yang diharapkan.
54 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian sifat fisis, mekanik dan termal yang telah dilakukan pada campuran LDPE dan serat daun nenas serta aspal dan pasir untuk bahan komposit polimer, maka diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Karakteristik komposit polimer optimum diperoleh pada komposisi (25:
10: 60: 5), dengan nilai kerapatan sebesar 1280 kg/m3, , kekuatan impak sebesar 20,55 kJ/m2 dan kuat lentur sebesar 6,16 MPa ,Serta Nilai puncak endoterm dan eksoterm masing-masing yaitu 1100C dan 4680C 2. Penambahan serat daun nenas dapat menurunkan sifat fisisnya namun
dapat meningkatkan sifat mekanik dan termalnya. sehingga komposit polimer ini tergolong ke dalam material yang memiliki daya tahan terhadap pengaruh cuaca.
3. Komposit polimer yang terbaik terdapat pada komposisi (25: 10: 60: 5) sehingga campuran LDPE, aspal, pasir dan serat daun nenas berdasarkan hasil uji impak, kuat lentur, dan sifat termal, dapat dijadikan rujukan sebagai bahan pembuatan komposit polimer yang bernilai ekonomis.
55
5.2. SARAN
Untuk penelitian selanjutnya diharapkan :
1. Untuk mendapatkan komposit polimer yang dihasilkan memiliki nilai kuat lentur yang sama dengan genteng komersil 10 MPa perlu penambahan serat dan orientasi serat yang benar
2. Untuk mendapatkan komposit polimer yang lebih elastis perlu penggunaan serat lain yang memiliki nilai kuat lentur yang lebih tinggi.
3. Pemilihan filler dan matriks yang bisa menunjukkan kelenturan bahan
DAFTAR PUSTAKA
Aisyah, et al (2004).Pembuatan Komposit Polimer Berpenguat Serat Sintetik Untuk Bahan Genteng.FMIPA.IPB
Anonim. (2006). Pemanfaatan Serat Nanas (http://www.bbt.depperin.go.id) Ariyadi, Yulli. 2010. Pengujian Karakteristik Mekanik Genteng. Program Studi
Teknik Mesin. Fakultas Teknik. Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Asnawi, (2011), Pemanfaatan Polietilena Densitas Rendah (LDPE) Bekas Sebagai Bahan Aditif Dalam Pembuatan Aspal Polimer dengan Adanya Dikumil Peroksida dan Divenil Benzene. [Tesis] Universitas Sumatera Utara.
Astuti, Neni Juli, (2012), Pembuatan dan Karakterisasi genteng polimer menggunakan aspal dan Polypropilen dengan variasi komposisi dan serat nanas terorientasi. [Tesis] Universitas Sumatera Utara.
Deswita, Aloma, K.K., Sudirman, dan Gunawan, I., (2007), Modifikasi Polietilen Sebagai Polimer Komposit Biodegradable Untuk Bahan Kemasan, Jurnal SainsMateri Indonesia, hal : 37–42.
Doraiswarmy et al. (1993). Pineapple LeafFibres, Textile Progress Vol. 24 Number 1,Textile Institute.
Ginting, (2006), Pembuatan Komposit dari Karung Plastik Bekas dan Polietilena dengan Pelembut Heksan, Jurnal Teknologi Proses, Juli 2006:138-141
Hafizullah, A. (2013, November). Aspal Polimer. Diambil kembali dari http://ahmadhafizullahritonga.blog.usu.ac.id/2013/11/18/176/
Hasibuan, Ferawaty. (2011). Pembuatan Dan Karakterisasi Genteng Polimer Yang Terbuat Dari Campuran Aspal – Poliester Dan Agregat Pasir Yang Diperkuat Dengan Serat Gel. Sumatera Utara: Skripsi, Jurusan Fisika, Universitas Sumatera Utara (USU).
Haryono, U. (2010, November 30). Polimer Termoplastik dan Thermoset. Dipetik November 2013, dari www.chem-is-try.org
Hafiz Arif Lubis, analisis dan pembuatan genteng polimer dengan memanfaatkan limbah karet industri serta high density polyethylene (hdpe) bekas. Universitas Sumatera Utara.
Milawarni,(2012), Pembuatan Dan Karakterisasi Genteng Komposit Polimer Dari Campuran Resin Polipropilen, Aspal,Pasir Dan Serat Panjang Sabut Kelapa. [tesis]. Medan: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara.
Ni’mah, Y.L., Atmaja, L., dan Juwono, H., (2009), Synthesis and Characterization of HDPE Plastic Film for Herbicide Container Using Fly Ash Class F as Filler, Indo.J. Chem 9(3) : 348-354
Oglesby, C.H. 1996. Teknik Jalan Raya. Edisi Keempat. Jilid II. Erlangga. Jakarta
Onggo, D., dan Fansuri, H., (1999), Penggunaan Differential Thermal Analysis (DTA) pada Penentuan Aktivitas dan Reaktivitas Katalis FE2O3, Co3O4,
NiO,CuO, dan LaMO3 (M=Fe,CO,danNi) untuk Oksidasi CO menjadi
CO2, JMS Vol. 4 No. 1, hal. 13 - 19 April 1999a
Rumapea, Vinniwati. (2009), Sifat Mekanik Komposit Low Density Polyethylene (LDPE) Daur Ulang Dengan Filler Serat Daun Nenas (Ananas Comosus)
Saragih, Deli Natalia. (2007). Pembuatan dan karakterisasi genteng beton yang dibuat dari pulp serat daun nenas – semen Portland pozolan. Sumatera Utara: Skripsi, Jurusan Fisika, Universitas Sumatera Utara (USU).
Shell Indonesia, PT. 2010. Karakteristik Genteng. http://www.shell.co.id/home/content/idn/products_services/solutions_for_ businesses/bitumen/ Di akses 5 Oktober 2013
Sijabat, Repina. (2009). Pengaruh NaOH Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Terhadap Sifat Mekanik Papan Partikel. Sumatera Utara: Skripsi, Jurusan Fisika, Universitas Negeri Medan (UNIMED).
Sinulingga, Chrismastina. (2010). Preparasi dan Karakterisasi Campuran HDPE dan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Sebagai Bahan Komposit. Sumatera Utara: Skripsi, Jurusan Fisika, Universitas Negeri Medan (UNIMED).
Supatmi. (2011). Analisis Kualitas Genteng Beton Dengan Bahan Tambah Serat Ijuk Dan Pengurangan Pasir. Yogyakarta: Skripsi, Jurusan Teknik Sipil, Universitas Negeri Yogyakarta (UNY).
Surdia, Tata dan Shinroku Saito., (2000), Pengetahuan Bahan Teknik, Penerbit Pradnya Paramita, Jakarta.
Suryati,(2012) Pembuatan Dan Karakterisasi Genteng Komposit Polimer Dari Campuran Resin Poliester, Aspal, Styrofoam Bekas Dan Serat Panjang Ijuk.[Tesis] Universitas Sumatera Utara
Sutiani, A., (2009), Metode Karakterisasi Bahan Polimer, Kultura Volume: 10 No.1 Maret 2009
Widodo, B. (2008). Analisa Sifat Mekanik Komposit Epoksi dengan Penguat Serat
Pohon Aren (Ijuk) model Lamina Berorientasi Sudut Acak (Random). Jurnal
Teknologi TECHNOSCINTIA , Vol. 1 No. 1.
Wijoyo, 2011, ” Optimasi Kekuatan Tarik Serat Nanas (ANANAS COMOUS L,MERR) sebagai Alternatif Bahan Komposit Serat Alam”, Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi ke-2 , UMS Surakarta.
Yuniari, A., (2011), Morfologi dan Sifat Polipaduan Low Density Polyethylene-Pati Tergrafting Maleat Ahidrat, Jurnal Riset Industri Vol 5 : 239-24
